لماذا تقلق الأمطار على الثلج في جبال كاليفورنيا العلماء

جولة أخرى من الأنهار القوية في الغلاف الجوي تضرب كاليفورنيا ، بعد العواصف في يناير وفبراير 2023 التي ألقت كميات قياسية من الثلوج. هذه المرة ، كانت العواصف أكثر دفئًا ، وهي كذلك إطلاق تحذيرات من الفيضانات لأنها تجلب المطر إلى أعلى الجبال – فوق كتلة الثلج.

أوضح البروفيسور كيث موسلمان ، الذي يدرس المياه وتغير المناخ في معهد أبحاث القطب الشمالي وجبال الألب بجامعة كولورادو ، المخاطر المعقدة التي تخلقها الأمطار على الثلج وكيف يمكن أن تتغير في مناخ دافئ.

ماذا يحدث عندما يسقط المطر على الثلج؟

بالنسبة لمعظم الولايات المتحدة ، يمكن أن تتزامن العواصف المصحوبة بأمطار غزيرة مع غطاء ثلجي موسمي. عندما يحدث ذلك ، يمكن أن يكون الجريان السطحي للمياه الناتج أكبر بكثير مما ينتج عن المطر أو ذوبان الجليد وحده. أدى هذا المزيج إلى حدوث بعض من أكثر الفيضانات تدميراً وتكلفة في البلاد ، بما في ذلك فيضانات الغرب الأوسط عام 1996 وفيضانات عام 2017 التي دمرت سد أوروفيل في كاليفورنيا.

على عكس الاعتقاد الشائع ، فإن هطول الأمطار بحد ذاته له طاقة محدودة لإذابة الثلج. بدلاً من ذلك ، فإن درجات الحرارة الدافئة والرياح القوية والرطوبة العالية ، هي التي يمكنها نقل طاقة كبيرة على شكل حرارة كامنة ومعقولة ، والتي تؤدي في الغالب إلى ذوبان الجليد أثناء أحداث الأمطار على الجليد.

يحتوي Snowpack على مساحات هوائية يمكن للماء أن يتحرك خلالها. مع سقوط المطر ، يمكن أن تنتقل المياه بسرعة نسبيًا عبر طبقات الجليد لتصل إلى التربة الأساسية. تعتمد كيفية استجابة مجاري المياه لهذا الجريان السطحي على كمية المياه المتدفقة بالفعل ومدى تشبع التربة.

عندما لا تكون التربة مشبعة بعد ، يمكن أن ترطب أو تؤخر استجابة الفيضان عن طريق امتصاص المطر وذوبان الثلوج. ولكن عندما تكون الأرض مشبعة ، يمكن أن يؤدي ذوبان الثلوج مع هطول الأمطار إلى فيضانات سريعة ومدمرة.

يتمثل أحد التحديات التي تواجه التعامل مع أحداث الأمطار على الثلج في صعوبة التنبؤ بمخاطر الفيضانات.

للتنبؤ بحدوث فيضان يتطلب معرفة أحوال الطقس والظروف المائية. يتطلب معرفة رطوبة التربة وظروف التكتل الثلجي قبل العاصفة ، والارتفاع الذي ينتقل فيه المطر إلى ثلج ، ومعدل هطول الأمطار ، وسرعة الرياح ، ودرجة حرارة الهواء والرطوبة ، وتقديرات لكيفية مساهمة هذه العوامل في ذوبان الجليد. بالإضافة إلى ذلك ، يختلف كل عامل بمرور الوقت أثناء العاصفة ويختلف بطرق معقدة ، خاصة عبر المناظر الطبيعية الجبلية.

هذا هو السبب في وصف فيضانات الأمطار على الجليد بأنها أحداث متطرفة مركبة. على الرغم من الأضرار الجسيمة التي يمكن أن تسببها ، قد يكون من المدهش قلة المعلومات المعروفة عن كيفية اختلافها في الوقت والمدى المكاني والشدة.

تشهد كاليفورنيا نهرًا آخر في الغلاف الجوي ، مع توقع هطول المزيد من الأمطار على الثلج. كيف يختلف تأثير المطر على الثلج حسب الارتفاع في الجبال هناك؟

تكون المرتفعات المنخفضة للجبال أكثر دفئًا وشهدت هطول الأمطار بشكل أساسي بدلاً من الثلج ، لذلك تقل احتمالية ذوبان الجليد. في أعلى المرتفعات ، تقل احتمالية درجات الحرارة الأكثر برودة لتعزيز استمرار تراكم كتل الثلج العميقة وهطول الأمطار.

إنها الارتفاعات المتوسطة التي يحتاج الناس إلى الاهتمام بها. في المنطقة الانتقالية ، حيث يمكن أن تحدث أمطار غزيرة أو تساقط الثلوج ، تكون أحداث هطول الأمطار على الجليد أكثر شيوعًا.

إذا تم إنشاء جميع العواصف على قدم المساواة ، فستكون هناك مناطق مطر ومناطق ثلجية محددة جيدًا ، وستكون مخاطر فيضان الأمطار على الثلج منخفضة. لكن هذا ليس ما يحدث. بدلاً من ذلك ، لا يختلف ارتفاع منطقة الثلج فقط أثناء الحدث ، ولكنه يختلف أيضًا بشكل كبير من عاصفة إلى أخرى.

تحدث أحداث الأمطار على الجليد الأكثر تدميراً عندما تكون الأنهار مرتفعة بالفعل والتربة مشبعة ، وهو ما يمكن أن يحدث استجابة لسلسلة من أنهار الغلاف الجوي الدافئة التي تتفاعل مع كتلة ثلجية عميقة – مثل جبال كاليفورنيا الآن. يعتبر الترتيب الذي تحدث به هذه العواصف – أو تسلسل العواصف – مهمًا بشكل خاص لتقييم مخاطر الفيضانات لأن هذه الأحداث ناتجة جزئيًا عن التحولات السريعة بين الفترات الباردة لتراكم الثلوج تليها أحداث هطول الأمطار الدافئة.

ما الذي تظهره الأبحاث حول المخاطر المستقبلية لظواهر الأمطار على الثلج في مناخ الاحترار؟

أنا أدرس هذه الأحداث ، ولا يُعرف الكثير عن كيفية استجابة مخاطر فيضان الأمطار على الجليد مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

في المناخ الأكثر دفئًا ، سيكون هناك خطر أقل لسقوط الأمطار على الثلج في المرتفعات المنخفضة مع انخفاض كتلة الثلج ، خاصة في المناطق الأكثر دفئًا مثل شمال غرب المحيط الهادئ.

ولكن في المرتفعات المرتفعة ، من المتوقع حدوث المزيد من أحداث هطول الأمطار على الجليد. بينما يُتوقع أن تؤدي درجات الحرارة الأكثر دفئًا إلى زيادة كثافة هطول الأمطار ، تظهر الأبحاث أن هذا ليس المحرك الأكثر أهمية لهذا الخطر. يعود جزء كبير من الزيادة المتوقعة في مخاطر الفيضانات من الأمطار على الثلج إلى التوسع في منطقة الانتقال بين المطر والثلج في الارتفاع لتشمل مناطق جبال الألب التي تلقت تاريخياً تساقط الثلوج في الغالب.

سيتعين على أنظمة التحكم في الفيضانات وإدارة الخزانات في هذه المناطق الجبلية أن تأخذ في الاعتبار هذه التغييرات المستقبلية في أحداث الأمطار على الجليد – بالإضافة إلى التغييرات في كثافة هطول الأمطار وتسلسل العواصف – لفهم مخاطر الفيضانات المحلية والاستعداد لها تمامًا مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب. .

إذن ، هل ستؤدي الزيادات المتوقعة في حالات هطول الأمطار الشديدة وسقوط الأمطار في الشتاء إلى زيادة هطول الأمطار على الثلوج وما يرتبط بها من مخاطر الفيضانات؟ أم أن الغطاء الثلجي الأقل ونقص رطوبة التربة الأكبر سيقلل من مخاطر الفيضانات الناجمة عن هطول الأمطار على الجليد في المناخ الأكثر دفئًا؟

في المناخ المستقبلي ، من المتوقع أن تتغير الاستجابة لمخاطر الفيضانات الناجمة عن هطول الأمطار على الجليد بطرق معقدة وغالبًا ما تكون متناقضة. من المرجح أن تختلف التغييرات المتوقعة حسب المنطقة والموسم ونموذج المناخ وسيناريو الانبعاثات والأفق الزمني في المستقبل. إنها مخاطرة مكلفة تتطلب المزيد من البحث.